水熱法制備納米WO3及其在超級電容器、鈣鈦礦太陽電池中的應(yīng)用.pdf

1、WO3性質(zhì)穩(wěn)定且無毒，是一種重要的n型間接帶隙半導(dǎo)體材料，在能量轉(zhuǎn)化和存儲領(lǐng)域都是關(guān)注的熱點之一。已有研究表明，通過WO3形貌的變化、WO3與其他材料復(fù)合等方式可以提高WO3的電化學(xué)性能。
　　本文利用水熱法分別制備了薄膜WO3、納米片陣列WO3和納米樹葉陣列WO3，在其表面電沉積制備了WO3/PANI復(fù)合電極，研究其作為超級電容器電極材料的性能，主要探討了WO3形貌、退火處理對WO3晶相等性質(zhì)的影響，并研究了WO3/PANI復(fù)合

2、電極的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，當(dāng)Na2WO4濃度為5mmol·L-1、5.5mmol·L-1、10mmol·L-1時可分別得到薄膜WO3、納米樹葉陣列WO3、納米片陣列WO3。以這三種不同形貌的納米WO3為襯底，以50mV/s的電沉積掃描速率，15圈的循環(huán)周期，在其表面電聚合制備PANI，得到了薄膜WO3/PANI電極、納米樹葉陣列WO3/PANI電極、納米片陣列WO3/PANI電極。相比于其它電沉積條件，該條件下所制備復(fù)合電極在電容容量

3、、電極反應(yīng)可逆性，PANI附著強度等性質(zhì)上表現(xiàn)更優(yōu)。在所制備三種電極中，退火薄膜WO3/PANI復(fù)合電極的電容為9.23mF·cm-2，其循環(huán)伏安曲線中氧化還原反應(yīng)的電化學(xué)波在不同掃描速率下偏移較小，說明其可逆性好;退火納米片陣列WO3/PANI復(fù)合電極電容為34.06mF·cm-2，退火納米樹葉陣列WO3/PANI復(fù)合電極電容為17.94mF·cm-2，兩者的電化學(xué)波隨著掃描速率增加時偏移程度相似，均較大，電極的可逆性比退火薄膜WO3

4、/PANI復(fù)合電極差。
　　為了對菊芋秸稈(Jerusalem artichoke，JA)這一生物質(zhì)資源的二次利用，通過KOH活化菊芋秸稈得到菊芋多孔碳，再將菊芋多孔碳浸泡在WCl6的異丙醇溶液中兩天，產(chǎn)物在空氣氣氛中煅燒后，得到WO3摻雜菊芋多孔碳(WO3/JA)，將WO3/JA復(fù)合材料作為超級電容器的電極材料，探討了WO3摻雜量對WO3/JA復(fù)合多孔碳電極電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，在1mol·L-1H2SO4電解液中，電極的

5、比電容達到了236F·g-1（電流密度1A·g-1），而菊芋多孔碳空白樣比電容僅181F·g-1。WO3摻入多孔碳不僅提高了材料的導(dǎo)電性，也加強了電解質(zhì)在電極上的滲透與擴散能力。
　　利用水熱法在WO3襯底上制備納米樹葉陣列WO3和納米片陣列WO3，并作為骨架層應(yīng)用于鈣鈦礦太陽電池中，探討了退火溫度對WO3納米陣列形貌、晶相、光學(xué)帶隙及對相應(yīng)鈣鈦礦太陽電池光伏性能的影響。結(jié)果表明，未退火納米樹葉陣列WO3結(jié)晶水含量少，為WO3·0

6、.33H2O晶體，在退火過程中結(jié)晶水逐漸消失，有利于鈣鈦礦的穩(wěn)定，但因結(jié)晶水含量少，退火處理后其含量變化對鈣鈦礦穩(wěn)定性提升效果不明顯，而陣列退火后表面出現(xiàn)褶皺、空隙，會降低其作為空穴阻擋層的效果，導(dǎo)致空穴與電子的復(fù)合，退火溫度越高，情況越嚴(yán)重，故隨著退火溫度的升高，其太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率明顯下降，基于未退火納米樹葉陣列WO3的鈣鈦礦太陽電池獲得最佳6.27％的光電轉(zhuǎn)換效率;未退火納米片陣列WO3的結(jié)晶水含量較多，為WO3·H2O晶體，在